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    關于發布2021年度國家自然科學基金委員會數理科學部專項項目(科學部綜合研究項目)指南的
    2021-09-29
    各有關單位:

    為貫徹落實黨中央、國務院關于加強基礎研究的重要戰略部署,進一步強化原始創新,推動學科交叉,積極應對科學研究范式變革,國家自然科學基金委員會數理科學部現發布5項專項項目群(科學部綜合研究項目)指南(見附件),請申請人和依托單位按項目指南中的要求及注意事項申請。

     

      “面向未來通信的數學基礎(信息論)”專項項目

     

      香農信息論一直是通信技術的基本遵循,它指引了通信技術近幾十年的發展與進步。但香農信息論是在理想通信環境下所建立的通信信道容量/傳輸速率界的估計理論,并不適應未來通信的復雜環境和多樣化性能目標。而未來通信的信源可以是具有知識結構、有記憶和可學習的;信道與環境具有密集、異構、分布式等復雜網絡特征下的多發多收結構;通信的性能追求也不僅僅局限在容量或速率,需要聯合兼顧可靠性、時延、吞吐量、能效、算力效率、隱私與安全等因素。因此,未來通信技術(6G)凾需信息論的新突破和新指引。國家自然科學基金委員會數學物理科學部現啟動“面向未來通信的數學基礎(信息論)”專項項目,將針對未來通信的典型場景、網絡結構、性能需求,為未來信息技術開展理論基礎研究。

      一、科學目標

      本專項項目旨在圍繞未來通信的典型場景、網絡結構、性能需求等共性基本問題,擴展傳統信息論單一的信道容量/傳輸速率性能界到多維性能界,評估影響系統性能的內在因素及其作用規律,并以此驅動各調控要素的創新,為未來通信技術提供堅實的理論依據和技術支撐。

      二、擬資助研究方向和研究內容

      (一)面向人機物共生與網絡化傳輸的多用戶信息論(申請代碼1選擇A04、A06下屬代碼)

      針對未來通信網絡海量連接、人機物共生(如人、電腦、無人機、傳感器、監測器等)的泛在通信模式,運用隨機數學、復雜網絡、最優化等工具建立刻畫大規模網絡傳輸系統內在規律的多用戶信息論,為多樣性約束下的多址接入、資源分配、信號設計等技術提供基礎。主要研究:(1)大規模通信網絡的容量界分析。根據新型接入需求,分析大規模網絡隨機接入的容量界,建立以可達速率、時延、連接強度、用戶間干擾、反饋、協作等多重要素為變量的網絡性能評估指標及其性能界,據此分析網絡內部調控要素對網絡性能的作用規律;(2)面向巨連接場景的新型編碼技術。針對海量機器連接場景,研究用戶數量巨大、短數據包、免調度傳輸、以及非獨立碼本等約束下的信道編碼方案;(3)面向超可靠低時延場景的編碼與傳輸聯合優化技術。針對工業互聯網、車聯網、觸覺互聯網等通信場景,研究超高可靠性、超低時延的短碼設計與聯合優化方法。

      (二)智能反射面輔助的新型無線通信數學理論與數學技術(申請代碼1選擇A04、A06下屬代碼)

      針對短距離無線通信節點作用距離有限、小區邊緣無線基站干擾用戶等問題,利用新興的智能超表面技術人為改變無線通信信道特性,探索基于智能超表面電磁波數學特性的高效可控信號增強與抵消技術。主要研究:(1)智能超表面輔助的下行多用戶通信系統的理論容量界,提出利用智能超表面擴大無線通信覆蓋范圍的數學方法;(2)研究智能超表面輔助的多小區通信系統的理論容量界,提出利用智能超表面改善小區邊緣受干擾用戶通信質量的策略與方法;(3)研究以上場景下多智能超表面輔助的無線通信系統的理論容量界,提出智能超表面的優化部署方案;(4)發展多字母概率空間內的泛函表示理論、次可加性等數學工具,建立統一的智能超表面輔助無線通信系統的性能界理論,指導未來無線通信系統的設計與實現。

      (三)感知與通信融合條件下的語義信息理論(申請代碼1選擇A04、A06下屬代碼)

      針對傳統通信網絡架構單純追求數據傳輸性能,忽略數據中所包含的信息內容和語義,導致用戶信息理解效率低及體驗差等缺陷,以更具普適性的語義作為性能指標,建立新的通信信息理論,為機-機智聯、人-機智聯與人-人智聯的未來通信提供理論基礎。主要研究:(1)語義的數學刻畫與表征度量:包括語義符號庫與知識庫建模、語義符號編解碼方法;(2)語義通信網絡模型與知識的共享機制:包括知識庫的共享與遷移、語義模型的共享與遷移、多智能體間的語義協同方法;(3)語義的跨域感知與識別:包括多域知識融合的語義感知與識別方法、語義的動態感知與識別、主觀因素(如用戶情緒、性格、社交關系等)對語義的影響建模與識別方法;(4)語義通信的性能刻畫:包括語義通信的信道容量、網絡容量、語義失真率、多義性理解偏差度量;(5)語義的交互認知:包括通過交互構建語義知識庫的方法、機-機交互、人-機交互和人-機交互對語義感知和識別的影響。

      (四)通信計算一體化環境下的信息論(申請代碼1選擇A04、A06下屬代碼)

      針對分布式計算與通信一體化場景,推廣單一性能目標的香農信息論到包含容錯率、速率、時延、學習性能的多性能指標信息論,以此為基礎,優化網絡編碼,提升計算與通信整體性能。主要研究:(1)容錯編碼與分布式計算理論。利用最大距離可分碼(MDS)、概率碼、非線性編碼等技術削弱不可靠計算的影響,提升網絡學習魯棒性,并建立容錯能力與計算性能之間的數學關系;(2)編碼-壓縮-通信一體化設計方法。引入網絡編碼、時變量化、用戶調度等技術,通過網絡通信資源在多個維度上的聯合優化,提高傳輸效率、減少帶寬消耗、降低網絡時延,并且提供對惡意節點攻擊的抵抗能力。(3)安全內生的多層次聯邦學習技術。設計基于差分隱私的編碼方案,在保證總體函數被可靠學習的前提下,保障用戶數據和用戶偏好的隱私性,實現計算學習和數據安全的融合。

      三、資助計劃

      本專項項目資助期限為4年,項目研究團隊須由包含數學、網絡通信等不同領域專家組成,采取雙負責人制(其中一位負責人應為數學研究人員,排名第一負責人為項目總體負責人)。項目研究期限應填寫“2022年1月1日-2025年12月31日”。計劃資助3-4項,平均資助強度為300-400萬元/項,資助經費總強度約為1200萬元。

      四、申請要求及注意事項

      (一)申請資格

      1.具有承擔基礎研究課題的經歷;

      2.具有高級專業技術職務(職稱);

      在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

      (二)限項申請規定

      1.本專項項目申請時計入高級專業技術職務(職稱)人員申請和承擔總數2項的范圍。

      2.申請人同年只能申請1項專項項目中的研究項目。

      3.應符合《2021年度國家自然科學基金項目指南》中對申請數量的限制。

     

      “強動載荷下復雜介質的動態響應與機制”專項項目

     

      強動載荷(如爆炸沖擊)具有高幅值、短歷時特征,其產生與傳播行為強烈依賴于環境介質。同時,在強動載荷這類極端條件下,介質將經歷高壓、大變形、高速運動等極限狀態或過程。難點和挑戰在于強動載荷下復雜介質的高速耦合運動涉及能量-動量-物質傳輸等多種速率過程;這些具有不同特征時空尺度的速率過程在爆炸沖擊下有可能被選擇性的“凍結”或激活。因此,亟需對強動載荷下復雜介質的高速變形、能量轉換及其與環境介質耦合作用規律開展基礎研究。國家自然科學基金委數學物理科學部現啟動“強動載荷下復雜介質的動態響應與機制”專項項目,將聚焦爆炸等強動載能量的輸出、傳輸、耗散規律與防護效應的認知,形成若干重大理論成果和關鍵技術或方法。

      一、科學目標

      本專項項目旨在研究爆炸沖擊等強動載荷的能量輸出、傳遞和耗散規律及效應,重點關注強動載極端條件、新型復雜介質(材料或結構)等引起的新現象、新機制和新效應。揭示高約束下爆炸能量輸出結構與機理,闡明爆炸能量驅動新型介質超高速運動規律,揭示強動載荷能量的結構耗散機制,發展多層級結構防護技術。

      二、擬資助研究方向和研究內容

      (一)高約束下爆炸能量輸出結構與機理(申請代碼1選擇A12下屬代碼)

      爆炸沖擊等強動載荷的能量輸出行為強烈依賴于環境約束。高約束環境下爆轟反應釋能機制不清,跨多介質界面密度和壓力梯度增大,爆炸載荷與環境耦合機理復雜,亟需在高約束非理想炸藥爆轟反應機理、爆轟輸出能量與轉化機理、環境介質靜壓-動壓耦合響應與狀態演化機理等方面產生突破。主要研究內容:(1)高約束下非理想炸藥爆轟反應機理與能量轉換模型;(2) 高約束下爆炸載荷傳遞規律與演化模型;(3) 高約束下多介質強耦合高精度計算方法;(4) 高約束爆炸實驗模擬與流場動態測試。

      (二)爆炸能量驅動介質超高速運動規律(申請代碼1選擇A12下屬代碼)

      爆炸輸出能量通常以高幅值、短歷時爆轟波的形式向環境介質發散傳遞并快速衰減。定向匯聚并高效利用爆炸能量驅動介質超高速運動,具有重要的工程應用價值。在匯聚增強的爆炸能量驅動下,介質的運動呈現出超高速、大變形、易失穩、強耦合等突出特點,亟需針對這種聚能驅動介質超高速運動開展基礎性的研究。主要研究內容:(1) 爆炸能量定向調控的材料-結構一體化設計;(2) 爆炸載荷下新型介質的高速變形;(3) 爆炸載荷下新型介質的流動失穩與斷裂;(4) 爆炸載荷下新型介質的超高速侵徹機理。

      (三)強動載能量的耗散規律(申請代碼1選擇A12下屬代碼)

      實現強動載荷能量的有效耗散是構筑先進防護體系的關鍵。高幅值短歷時的強動載荷往往具有多種模式的非均勻能量結構,極易對環境介質造成多尺度的損傷破壞,通常的單一均勻介質難以實現有效防護,亟需開展強動載荷能量的多層級耗散機制及防護效應研究。主要研究內容:(1) 超時空分辨率的新型吸能材料動態力學行為原位表征;(2) 強動載荷下新型吸能材料的變形機理與能量耗散機制;(3) 強動載荷與多層級復合結構的耦合作用規律;(4) 強動載荷下新型防護結構設計與效能評估。

      三、資助計劃

      本專項項目資助期限為4年,申請書中的研究期限應填寫“2022年1月1日-2025年12月31日”。計劃資助3~4項,平均資助強度300-400萬元/項,資助經費總強度約為1200萬元。

      四、申請要求及注意事項

      (一)申請資格

      1.具有承擔基礎研究課題的經歷;

      2.具有高級專業技術職務(職稱);

      在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

      (二)限項申請規定

      1.本專項項目申請時計入高級專業技術職務(職稱)人員申請和承擔總數2項的范圍。

      2.申請人同年只能申請1項專項項目中的研究項目。

      3.應符合《2021年度國家自然科學基金項目指南》中對申請數量的限制。

     

      “基于亞毫米望遠鏡的科學和關鍵技術研究”專項項目

     

      天文學是基于高時空分辨率觀測開展宇宙中各種物理過程研究的基礎科學,隨著天文學研究越來越強調學科交叉,以及天文觀測設備越來越復雜,天文學研究越來越重視國際合作。天文學的研究成果不僅極大地推動了人類對客觀世界的認識,還催生和發展了一大批革命性和高科技的成果并服務于人類社會。從地面到空間,現代天文學的觀測已覆蓋了全電磁波段并得到了令人矚目的科學成果,其中包含宇宙從背景輻射以來一半光子能量的亞毫米波段則是開展冷暗宇宙觀測的獨特和有效波段,是天文科學研究和關鍵技術研發的“必爭之地”。盡管探測手段的困難,我國目前從觀測設備到相關科學研究仍皆處于快速上升的良好階段,具有廣闊的發展前景。國家自然科學基金委員會(以下簡稱自然科學基金委)數學物理科學部現啟動“基于亞毫米望遠鏡的科學和關鍵技術研究”專項項目(以下簡稱專項項目),將基于已有的長期國際合作,利用國際先進的亞毫米望遠鏡(LCT),結合我國當前科學研究和技術研發隊伍的現狀,開展對大型亞毫米望遠鏡關鍵技術的全方位研究,突破關鍵技術瓶頸。開展獨具特色的亞毫米波段的星系物理研究,推動我國亞毫米天文科學研究和關鍵技術的發展。

      一、科學目標

      本專項項目將面向LCT的科學目標,采用創新性的手段和方法,開展LCT相關的關鍵技術的研究,全方位提升LCT的性能,使之具備國際領先水平并滿足科學研究所需的更高要求,積累亞毫米望遠鏡關鍵技術的經驗和儲備人才隊伍;基于LCT并結合其他波段大型設備的觀測結果,深入了解和完善宇宙中物質和能量過程在當前整個框架中的物理描述。

      二、核心科學問題

      研究制約復雜環境(高海拔、大風載、大溫差)下國際領先的遠程控制大型亞毫米望遠鏡運行性能的關鍵技術問題,提出可行的解決方案并加以實現;基于LCT的實際運行安排開展深度觀測,重點建立亞毫米星系樣本,分析星系團中的氣體過程,完善星系演化整個過程的物理描述和不同環境中的星系形成和演化。

      三、擬資助研究方向和研究內容

      (一)基于亞毫米波段觀測的星系物理研究(申請代碼1選擇A14下屬代碼)

      發揮亞毫米波段獨特的觀測優勢,結合LCT科學運行安排,建立目前短缺的塵埃恒星形成星系(DSFGs)樣本,深入開展其物理性質及演化軌跡的研究;獲得若干個星系團的多波段亞毫米深度觀測資料,討論星系團中熱氣體的吸積、運動學和維理化,以及星系團環境下星系的形成和演化;基于LCT的其他重要科學問題。

      (二)大型亞毫米望遠鏡關鍵技術研究(申請代碼1選擇A19下屬代碼)

      開展面向LCT望遠鏡的低噪聲、寬頻譜、多像元、高精度亞毫米波段接收機關鍵技術和系統集成研究;研究LCT望遠鏡系統光機電熱多層次傳函關系,解決制約(復雜環境下)望遠鏡高指向精度和高面形精度穩定運行的關鍵技術問題,突破LCT望遠鏡的高精度遠程控制關鍵技術;LCT相關的其他關鍵技術。

      四、資助計劃

      本專項項目資助期限為5年,申請書中研究期限應填寫“2022年1月1日-2026年12月31日”。計劃資助5項左右,平均資助強度為200-300萬元/項,資助經費總強度約為1200萬元。

      五、申請要求及注意事項

      (一)申請資格

      1.具有承擔基礎研究課題的經歷;

      2.具有高級專業技術職務(職稱);

      在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

      (二)限項申請規定

      1.本專項項目申請時計入高級專業技術職務(職稱)人員申請和承擔總數2項的范圍。

      2.申請人同年只能申請1項專項項目中的研究項目。

      3.應符合《2021年度國家自然科學基金項目指南》中對申請數量的限制。

     

      “高溫超導材料和機理研究的新路徑探索”專項項目

     

      高溫超導材料與機理研究是凝聚態物理研究的前沿課題,同時又有著廣泛和重要應用前景,對其研究促進了物理學與材料、化學、能源和信息等學科的交叉融合。我國科學家在鐵基高溫超導材料、界面高溫超導以及拓撲超導等方面獲得了一大批具有原創意義的研究成果,引領了高溫超導研究領域的發展,受到國際學術界的廣泛關注和高度評價。然而,目前高溫超導機理作為物理學一個重大科學難題仍然沒有得到解決,其難點表現為強關聯電子體系的復雜性和多樣性,缺乏高溫超導研究的突破性新技術與新思路,目前的實驗測量往往關注于高溫超導體中衍生出來的各種競爭序,或是對超導電性和多種宏觀量子序共存效果的表征,開展高溫超導機理的直接研究會為尋找和設計更高超導轉變溫度的材料提供依據。國家自然科學基金委員會數學物理科學部現啟動“高溫超導材料和機理研究的新路徑探索”專項項目,將圍繞共性科學目標,結合最新的研究手段開展基礎科學研究。

      一、科學目標

      本專項項目旨在發展基于新材料、新技術、新方法的實驗測量,在實驗上尋找顛覆性的結果,積極鼓勵和倡導原始創新,結合理論獲得對高溫超導的理解。通過新的實驗方法和高溫超導材料的更高質量制備,解決傳統高溫超導實驗的根本問題,獲得對高溫超導體的全新理解和認識。利用全新認識,通過新調控手段,理解高溫超導機理和尋找新的高溫超導體。

      二、擬資助研究方向和研究內容

      (一)新型高溫超導體探索(申請代碼1選擇A20下屬代碼)

      發現新的高溫超導材料,是解決高溫超導機理難題和超導實用化的關鍵手段和途徑。針對實現高臨界轉變溫度超導體的需求,支持和發展新型層狀材料常壓/高壓制備手段和測量技術,設計和制備在常壓或一般高壓(<100GPa)下新型二維層狀材料,探尋其中豐富的高溫超導、拓撲超導、關聯電子態等新奇物態;確定其物理相圖,揭示這類材料的共性和實現高溫超導電性的關鍵因素,以及建立摻雜、強場、高壓或轉角等外部條件對高溫超導電性調控的機制,為發現具有更高轉變溫度的新型高溫超導材料提供材料支撐和實驗依據。

      (二)高溫超導體超導面的構筑與原位測量(申請代碼1選擇A20下屬代碼)

      高溫超導體超導面的直接實驗表征是揭示其反常物性和超導微觀機理的關鍵因素,針對高溫超導體中超導面的測量需求,支持和發展構筑高溫超導和界面超導材料,獲得維度可控和原子級平整的特定超導面;通過原位測量,研究超導面上的電荷、自旋、軌道等有序態產生的微觀機理,以及與高溫超導電性的關系,確定其物理相圖;建立對這些量子有序態及高溫超導電性的多參量調控技術,為發現具有更高超導轉變溫度的新型超導材料提供實驗支撐和依據。

      (三)高溫超導中超導序參量(申請代碼1選擇A20下屬代碼)

      超導序參量中的相位是理解超導機理的關鍵判定標準,是高溫超導中最本質的問題之一。支持使用新方法和高分辨譜學,對高溫超導體和界面超導體等體系的序參量進行直接測量;支持發展基于相位敏感且具備獲得判定性證據能力的新方法,發展超導器件工藝,人工精確構筑界面原子級平整實驗,結合理論新方法獲得高溫超導配對對稱性的直接證據。

      (四)光致二維電子態和高溫超導探索(申請代碼1選擇A20下屬代碼)

      利用超快激光調控量子材料產生二維電子態,結合高能量分辨、高時間分辨角分辨光電子能譜,探索其中可能存在的高溫超導現象,發展超快輸運測量方法確定超導的存在,結合超快電子衍射晶格動力學和非平衡理論,闡明光和物質的相互作用以及超導機理;尋找激光調控實現穩態二維電子態的量子材料。

      三、資助計劃

      本專項項目資助期限為4年,申請書中研究期限應填寫“2022年1月1日-2025年12月31日”。計劃資助4項左右,平均資助強度為300萬元/項,資助經費總強度約為1200萬元。

      四、申請要求及注意事項

      (一)申請資格

      1.具有承擔基礎研究課題的經歷;

      2.具有高級專業技術職務(職稱);

      在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

      (二)限項申請規定

      1.本專項項目申請時計入高級專業技術職務(職稱)人員申請和承擔總數2項的范圍。

      2.申請人同年只能申請1項專項項目中的研究項目。

      3.應符合《2021年度國家自然科學基金項目指南》中對申請數量的限制。

     

      “無中微子雙貝塔衰變物理和關鍵探測技術研究”專項項目

     

      中微子物理是當前粒子物理和核物理領域基礎科學前沿,是可能突破粒子物理標準模型的重要研究方向。中微子物理的前沿科學目標之一是確定中微子和反中微子粒子是否是同一種粒子。如果它們是同一種粒子,則中微子是馬約拉納(Majorana)粒子,反之則是狄拉克(Dirac)粒子。實驗測量無中微子雙貝塔衰變(0νββ)是確定中微子Majorana屬性的唯一途徑。國際上多個國家正在競相開展0νββ實驗研究,采用的技術方案包括高純鍺探測器,低溫晶體量熱器,液氙時間投影室,高壓氣體時間投影室,液體閃爍體等。國家自然科學基金委數學物理科學部現啟動“無中微子雙貝塔衰變物理和關鍵探測技術研究”專項項目,將利用中國錦屏地下實驗室和江門中微子實驗“得天獨厚”的平臺優勢,開展無中微子雙貝塔衰變物理和關鍵探測技術研究。

      一、科學目標

      本專項項目重點針對未來無中微子雙貝塔衰變實驗,對具有普適性的關鍵技術問題和理論課題開展深入研究,爭取在富集100Mo原料提純、基于富集100Mo原料研發鉬酸鋰晶體探測技術及配套極低溫光電信號讀出電子學技術、低能區粒子鑒別和能量刻度技術、摻碲液體閃爍體探測技術等方向取得重要突破,掌握下一代實驗實現10meV甚至meV量級中微子有效質量測量靈敏度的關鍵技術,為建設具有國際競爭力的無中微子雙貝塔衰變大型實驗裝置提供技術支撐和培養科研隊伍。

      二、核心科學問題

      無中微子雙貝塔衰變物理的理論研究;高純度富集鉬酸鋰晶體研制和富集原料提純技術;新型TES光熱探測讀出系統研制和壓低雙中微子雙貝塔衰變的本底效應;能量刻度技術研發和新物理探索;摻碲液體閃爍體探測技術。

      三、擬資助研究方向和研究內容

      (一)無中微子雙貝塔衰變物理的理論研究(申請代碼1選擇A27下屬代碼)

      配合中國錦屏地下實驗室和江門中微子實驗的無中微子雙貝塔衰變實驗規劃,建立和發展相對論多體理論等微觀核物理模型,研究無中微子雙貝塔衰變相關的多體關聯效應、相對論效應、形變效應、夸克層次的物理機制以及中微子混合效應等,探索機器學習等新技術在核矩陣元計算中的應用,提升無中微子雙貝塔衰變核矩陣元的計算精度,針對國際國內重點研究的無中微子雙貝塔衰變候選原子核,給出可靠的無中微子雙貝塔衰變核矩陣元及其不確定度,結合中微子實驗結果限制新物理貢獻的參數空間,為實驗研究提供理論支持。

      (二)高純度富集鉬酸鋰晶體研制和富集原料提純技術(申請代碼1選擇A28下屬代碼)

      低溫晶體量熱器是探索無中微子雙貝塔衰變的具有優異性能的探測器。高純鉬酸鋰晶體是新型光熱雙讀出晶體量熱器的核心靶材料。針對制備高純度富集鉬酸鋰晶體的要求,研發基于離心機同位素分離獲得的富集100Mo原料提純和樣品檢測技術,探索富集晶體生長過程中保持雙貝塔衰變有效同位素豐度和分布均一性方法,探索富集原料在晶體生長過程中的利用率提高方法,研發基于區熔法技術的富集原料回收和再利用技術。確立滿足大型無中微子雙貝塔衰變實驗要求的高純富集鉬酸鋰晶體生長的核心技術,并能夠有效控制探測器所需晶體的成本。

      (三)新型TES光熱探測讀出系統研制和壓低雙中微子雙貝塔衰變的本底效應(申請代碼1選擇A28下屬代碼)

      在新一代無中微子雙貝塔衰變大型鉬酸鋰閃爍晶體量熱器實驗中,由雙中微子雙貝塔衰變形成的本底將成為靈敏度的極限,需要提升溫度傳感器的時間響應來壓低。超導轉變邊沿傳感器(TES)讀出時間響應較快,已經在前沿天體物理和宇宙學實驗的光熱測量中得到廣泛應用,有可能成為新一代晶體量熱器實驗的溫度傳感器的理想技術。研究具有高能量分辨率、高時間分辨率和易于大規模讀出的光信號和熱信號探測技術是關鍵。探索熱信號在探測器內部以及探測器與晶體靶和冷端耦合間的傳導規律、動態穩定性和噪聲性能,研究刻蝕形成的半導體基底支撐結構在探測器工作溫度的導熱規律,研制應用于閃爍晶體量熱實驗的,能夠工作在10-20mK溫度區的基于TES的熱信號探測器和光信號探測器,表征探測器性能并研究優化0νββ信號與本底的鑒別方法。針對未來0νββ實驗需求,以總體本底區分水平為評價標準,確定可實施的技術方案。

      (四)能量刻度技術研發和新物理探索(申請代碼1選擇A28下屬代碼)

      確定無中微子雙貝塔衰變實驗的靈敏度需要探測器在信號搜索閾值附近具有非常精準的能量刻度。為了壓低天然放射性本底的影響,選擇衰變能(Qββ)遠高于2615keV(208Tl特征伽馬線)的雙貝塔衰變元素是非常有效的壓低本底途徑。通常使用的長壽命放射源無法提供刻度所需的高能區伽馬線。針對實驗高精度低本底的要求,建立鉬酸鋰晶體探測器無中微子雙貝塔衰變信號(Qββ~3034keV)能區的刻度系統,研制基于放射線束流產生的56Co的收集和制備刻度源,同時發展應用于光探測器刻度的高強度伽馬源激發材料X射線熒光刻度技術。在實現整個能區精準刻度的基礎上,充分發揮低溫閃爍晶體量熱器的粒子鑒別能力,優化光-熱雙讀出系統,實現低能區核反沖信號和β/γ本底區分,壓低低能區本底,對低質量暗物質粒子和軸子開展高靈敏度探索。

      (五)摻碲液體閃爍體探測技術(申請代碼1選擇A28下屬代碼)

      依托江門中微子探測器,液體閃爍體技術能使0νββ核素的靶質量達到百噸量級,有望將中微子有效質量靈敏度提高到meV量級,研究高摻雜量、高光產額、高透明度、極低放射性的摻碲液閃是關鍵。研究可摻入液閃的含碲化合物的合成方法,研究和表征含碲化合物結構對液閃吸光性能、發光性能及長期穩定性的影響規律,優化摻雜物結構實現高光產額,研究光學純化方法實現高透明度,發展放射性純化方法達到極低本底,研究摻碲液閃中0νββ信號與本底的鑒別方法。針對未來0νββ實驗需求,綜合能量分辨率和本底水平,以有效質量靈敏度為評價標準,確定可實施的技術方案。

      四、資助計劃

      本專項項目資助期限為4年,申請書中研究期限應填寫“2022年1月1日-2025年12月31日”。計劃資助5項左右,平均資助強度為200-300萬元/項,資助經費總強度約為1200萬元。

      五、申請要求及注意事項

      (一)申請資格

      1.具有承擔基礎研究課題的經歷;

      2.具有高級專業技術職務(職稱);

      在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

      (二)限項申請規定

      1.本專項項目申請時計入高級專業技術職務(職稱)人員申請和承擔總數2項的范圍。

      2.申請人同年只能申請1項專項項目中的研究項目。

      3.應符合《2021年度國家自然科學基金項目指南》中對申請數量的限制。

      國家自然科學基金委員會數理科學部

      2021年9月23日

     

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